ガスエンジン発電所の100%水素燃料供給系改造の流体力学的制約と安全への影響:統合評価

本研究は、低炭素電力生成に向けた水素強化天然ガスの利用可能性を探るため、ガスタービン燃焼器における水素・メタン混合燃焼の実験的および熱力学的解析を組み合わせた。特許取得済みの二段渦燃焼器を用い、水素比率(γ = 0–40%)、渦巻き羽根角度(30°、45°、60°)、当量比(φ = 0.17–1.00)、燃料噴射戦略といった240の運転条件で、NOx・CO排出量とリーンブローアウト安定性への影響を測定した。水素比率が10%増加するごとに、NOxはゼルデビッチ熱機構により23–24%増加したが、COはφ = 0.3、60°でOHラジカル活性の向上により最大28.5%減少した。最小NOx排出量は…

• 水素混合比率が高いほどジュール・トムソン効果による極端な温度低下が抑制され、天然ガスパイプラインの氷詰まりリスクが低減することを数値的に実証した。
• 多層パーセプトロン(MLP)人工知能アルゴリズムを用いて温度規制の逆計算反復を実行し、計算値と目標値の最大絶対誤差0.0556 Kを達成した。

• 高CO2希釈下での水素酸素燃焼について実験的・数値的に実証し、広範囲の圧力条件下で安定した火炎運転を達成した。

• 中国・杭州の発電所にある255.6MW重負荷ガスタービンを対象に、水素・アンモニア混焼時の熱力学的性能をシミュレーションモデルで解析
• モデルは定格出力254.59MW、効率36.33%を予測し、設計値との誤差はそれぞれ-0.4%、-1.54%
• 水素・アンモニア混焼時に第2・第3段タービン静翼出口マッハ数が安全限界の1を超えることが判明し、IGV角度の低減で安全性が向上する一方効率はわずかに低下

• 水素エネルギー施設の反復的な介入決定を構造化する予備的概念フレームワーク「差別化プロセス安全介入フレームワーク(DPSIF)」が提案された。技術的結果の重大性(R)、水素固有の制御能力(C)、外部暴露と緊急事態の感度(E)を区別し、Eを境界修飾子として経路を割り当てる。
• PRISMA 2020レビューで820件の記録を特定し、149件のコア研究からなる構造化された証拠マップを構築。17の規制・制度文書、18の遡及事例、850件のHIAD 2.1記録、4人のアドバイザーとの5回の助言セッションを活用した。
• DPSIFは将来のテストのための証拠境界仕様を提供するが、測定の妥当性、評価者間信頼性、比較意思決定パフォーマンス、運用効果は運用使用前に将来の検証が必要と明記されている。